Коринна Маасс, руководитель группы в MPI-DS и доцент Университета Твенте вместе со своими коллегами исследовала навигационные стратегии микропловцов в трех исследованиях. Первое из них было посвящено колебательному реотаксису, то есть способности плыть против течения при помощи повторяющихся монотонных движений.

Чтобы выжить, биологические организмы должны реагировать на окружающую среду. В то время как люди и животные обладают сложной нервной системой, чтобы воспринимать свое окружение и принимать сознательные решения, одноклеточные организмы разработали другие стратегии. Мелкие организмы, например, паразиты и бактерии, перемещаются по узким каналам, таким как кровеносные сосуды.Часто они делают это благодаря монотонным колебательным движениям, основанным на гидродинамических взаимодействиях с ограничивающей стенкой канала. 

"В наших экспериментах мы смогли подтвердить теоретическую модель, описывающую специфическую динамику микроорганизма в зависимости от его размера и взаимодействия со стенкой канала", — комментирует Маасс. Эти схемы движения также могут быть использованы, например, для разработки механизмов адресной доставки лекарств, и даже для перевозки грузов против течения.

След использованного топлива

В рамках второго исследования, ученые обратили внимание на то, как движущиеся микроорганизмы взаимно влияют друг на друга. В  экспериментальной модели маленькие капли масла в мыльном растворе движутся автономно, отбрасывая небольшое количество своего содержимого, что дает необходимый импульс. Подобно тому, как самолет оставляет инверсионные следы, микроорганизмы оставляют остатки использованного "топлива", которые могут отталкивать других. Таким образом, они могут определить, был ли кто-то другой в том же месте незадолго до этого. 

"Интересно, что это приводит к самоизбегающему движению отдельных микропловцов.  В случае, если их несколько, все заканчивается тем, что капли оказываются запертыми между следами друг друга", — сообщает Бабак Вайди Хокмабад, первый автор исследования. То, насколько сильно капля оттолкнется от траектории другой, пролетевшей ранее, зависит от угла подхода и времени, прошедшего после первого пловца. Эти экспериментальные данные также подтверждают теоретическую работу в этой области, ранее проведенную Рамином Голестаняном, управляющим директором MPI-DS. Исследование проводилось на базе Центра комплексной гидродинамики им. Макса Планка, совместного исследовательского центра, состоящего из MPI-DS, MPI for Polymer Research и Университета Твенте.

Движение благодаря сотрудничеству

Группа ученых также исследовала коллективное гидродинамическое поведение нескольких микроорганизмов. Они обнаружили, что несколько капель могут образовывать скопления, которые спонтанно начинают плавать подобно кораблям на воздушной подушке или подниматься и вращаться как микроскопические вертолеты. Вращение кластера основано на связи между отдельными каплями, что приводит к координированному поведению, хотя отдельные капли сами по себе так не двигаются. Таким образом, эти скопления — еще один физический принцип того, как микропловцы могут ориентироваться в своем пути, не используя мозг или мышцы.